李亞娟，賀　峰，王正江，楊　永，翟紹晶

（西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032）

經(jīng)驗交流

反滲透膜污堵原因分析及解決措施

李亞娟，賀峰，王正江，楊永，翟紹晶

（西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032）

某電廠反滲透系統(tǒng)運行中出現(xiàn)壓力偏高、出力偏低以及清洗頻繁等問題，對反滲透膜片的ICP、SEMEDX以及GC-MS等分析結(jié)果表明，有機污堵是造成反滲透系統(tǒng)故障的主要原因。采用NaOH、EDTA和SDS對膜片進行靜態(tài)清洗試驗，結(jié)果表明，EDTA堿洗對反滲透有機污堵清洗效果最好。采用EDTA堿洗和酸洗相結(jié)合的清洗方案對工程設(shè)備進行清洗后，反滲透運行壓力和產(chǎn)水量基本恢復(fù)至初始狀態(tài)。此外，結(jié)合電廠的實際運行情況，對水處理系統(tǒng)提出了運行優(yōu)化方案。

反滲透；有機污堵；化學(xué)清洗

某電廠鍋爐補給水處理系統(tǒng)水源為水庫水，水庫水經(jīng)凈水站混凝澄清處理后送至鍋爐補給水處理車間，處理工藝為“超濾+反滲透+一級除鹽+混床”。在運行過程中反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)一級反滲透進水壓力和壓差偏高、出力偏低以及清洗頻繁等問題，采用常規(guī)酸、堿進行離線清洗，系統(tǒng)性能難以恢復(fù)。對此，筆者對反滲透系統(tǒng)進行了深入分析，對系統(tǒng)故障原因進行了診斷。

1　膜元件分析結(jié)果

1.1膜元件標(biāo)準(zhǔn)性能測試

取一級反滲透一段和二段膜元件各1支在標(biāo)準(zhǔn)試驗狀況下進行性能測試（編號分別為1#和2#），結(jié)果見表1。

表1　反滲透膜元件標(biāo)準(zhǔn)性能測試結(jié)果

結(jié)果表明，使用后的膜元件產(chǎn)水量下降了31%，產(chǎn)水量衰減明顯。新膜質(zhì)量為14 kg，送檢的2只膜元件質(zhì)量分別為15.69、15.56 kg，膜質(zhì)量分別增長了12.07%和11.14%。2只膜元件脫鹽率均≥99.5%，脫鹽率正常。由此分析，反滲透出力下降的原因為膜表面存在污染物的沉積。

1.2 膜元件探針測試

膜元件探針測試是通過將1 根直徑約為25.40 mm的塑料管插入整個膜組件的產(chǎn)水中心管內(nèi)，檢測產(chǎn)水電導(dǎo)率在中心產(chǎn)水管內(nèi)的分布。探針測試試驗表明，1# 膜元件內(nèi)部產(chǎn)水電導(dǎo)率在22.0～27.4 μS/cm，2#膜元件內(nèi)部產(chǎn)水電導(dǎo)率在20.5～24.9 μS/cm。2 只膜元件內(nèi)部產(chǎn)水水質(zhì)分布都比較均勻，可以排除機械損傷和化學(xué)損傷導(dǎo)致的鹽泄漏，也說明膜元件在使用的過程中沒有出現(xiàn)背壓現(xiàn)象。

1.3 膜表面無機結(jié)垢分析

采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP）對反滲透膜片無機元素進行分析，結(jié)果見表2。

表2　膜元件ICP分析結(jié)果

分析結(jié)果表明，膜元件污染物成分中，各金屬元素含量非常低，膜表面無機物總單位面積質(zhì)量僅為33.96 mg/m2，其中，結(jié)垢性無機鹽單位面積質(zhì)量只有18.71 mg/m2，無機結(jié)垢類物質(zhì)在膜表面的附著量很低。ICP分析結(jié)果說明膜表面無機結(jié)垢現(xiàn)象輕微，不是導(dǎo)致系統(tǒng)運行故障的原因。

1.4膜表面有機污堵分析

采用電鏡-能譜（SEM-EDX）對膜表面污染層形態(tài)和元素組成進行分析，結(jié)果分別見圖1和表3。

圖1　反滲透膜表面電鏡圖

表3　膜表面污染物質(zhì)EDX分析結(jié)果

電鏡分析結(jié)果表明，膜表面污染層結(jié)構(gòu)致密、平整，形態(tài)均勻，屬于黏附性強、產(chǎn)水阻力較大的凝膠污染層。因此，采用常規(guī)酸、堿難以恢復(fù)膜元件產(chǎn)水性能。表3的分析結(jié)果表明，膜表面污染物中C、N、O的含量很高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)合計達到98.42%，說明膜表面含有大量的有機污染物質(zhì)。除此之外，膜表面還有少量的Na、Si、Al等元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)合計＜2%，表明膜表面無機物沉積量很少。EDX的分析結(jié)果和ICP的結(jié)果基本吻合。

采用氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）對膜表面有機物做進一步分析，分析結(jié)果表明，膜表面污染物主要為有機烷烴類物質(zhì)和含鹵族元素的化合物，還有少量的烯烴類和胺類物質(zhì)。

2　有機污堵原因分析

對反滲透系統(tǒng)進水中的有機物進行了分析，結(jié)果見表4。

表4　反滲透系統(tǒng)進水有機物分析結(jié)果

由表4可知，進水COD變化較大，最高達到30 mg/L。反滲透設(shè)計回收率為75%，濃水側(cè)COD將達到100 mg/L以上，進水有機物含量偏高是造成反滲透膜污堵的主要原因之一。

另外，對現(xiàn)場運行情況進行勘察，發(fā)現(xiàn)超濾進水余氯在0.1 mg/L以下，沒有起到有效的殺菌作用。夏季微生物的活性明顯高于春季和冬季，因此有效的殺菌處理是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。如果殺菌劑投加不到位，微生物會在系統(tǒng)內(nèi)滋生，微生物新陳代謝過程中將產(chǎn)生胞外聚合物，加上進水中的有機物，造成膜進水有機物含量過高，導(dǎo)致反滲透有機污堵。

3　清洗方案及效果

3.1靜態(tài)清洗試驗

反滲透有機污堵通常采用NaOH、EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）、表面活性劑SDS（二烷基璜酸鈉）等藥劑進行清洗。采用NaOH、EDTA和SDS分別在pH= 11的條件下進行靜態(tài)清洗試驗，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，在pH=11條件下，NaOH、EDTA和SDS 3種藥劑洗出物質(zhì)量分別為 0.95、1.87、1.42 mg/cm2。采用單一堿洗難以去除膜表面黏附的有機污染物；EDTA可絡(luò)合重金屬，在高pH條件下可分解有機物，采用EDAT堿洗對污染物的去除效率為單一堿洗的2倍左右；SDS為表面活性劑，SDS有親水、親油2種基團可以吸附有機物使其溶解在清洗液中，SDS堿洗效果為單一堿洗的1.67倍。EDTA堿洗對反滲透膜有機污染的清洗效果最佳。

圖2　不同藥劑清洗效果

3.2清洗效果分析

結(jié)合反滲透膜片靜態(tài)清洗試驗結(jié)果，現(xiàn)場采用EDTA堿洗（pH=11）與鹽酸酸洗（pH=2）相結(jié)合的清洗方案，采用動態(tài)循環(huán)與靜態(tài)浸泡相結(jié)合的清洗方式。膜清洗前后反滲透系統(tǒng)運行效果對比如表5所示。

表5　膜清洗前后反滲透運行效果對比

清洗后單列反滲透出力由42 m3/h恢復(fù)到59 m3/h，系統(tǒng)回收率由55%恢復(fù)到74%，進水壓力和段間壓差明顯降低，清洗效果顯著。

4　運行優(yōu)化措施

4.1提高反滲透進水殺菌效果

電廠在水源取水口加氯，但預(yù)處理管線內(nèi)余氯濃度偏低。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，預(yù)處理設(shè)備進口余氯在0.2～0.3 mg/L，小于余氯0.5～1.0 mg/L的控制要求。而且余氯采用恒定投加量控制方式，即在水源水質(zhì)發(fā)生變化時，取水口殺菌劑的投加量恒定。水庫水在夏季有機物和微生物偏高，由于有機物會耗氯，而且次氯酸鈉殺菌效果隨溫度的升高而降低，導(dǎo)致殺菌效果偏差。建議電廠根據(jù)水源水質(zhì)情況，動態(tài)調(diào)節(jié)次氯酸鈉投加量，并在預(yù)處理設(shè)備進口增設(shè)余氯表計，根據(jù)余氯實時監(jiān)測值，調(diào)節(jié)加藥量。

4.2強化混凝澄清處理設(shè)備的運行性能

水庫水先進凈化站進行混凝澄清處理，混凝劑采用聚合氯化鋁。電廠運行情況表明，運行人員沒有根據(jù)進水水量和水質(zhì)合理投加混凝劑，混凝劑投加混亂，預(yù)處理運行效果差。混凝過程對懸浮態(tài)和膠態(tài)有機物的去除率在90%以上，對溶解性有機物去除率約為30%左右。因此需針對進水水質(zhì)情況，通過試驗確定混凝劑最佳投加量，優(yōu)化混凝工藝運行參數(shù)，提高預(yù)處理系統(tǒng)對有機物的去除率。

4.3優(yōu)化超濾運行參數(shù)

超濾設(shè)計出力為2×115 m3/h，實際運行過程中單列超濾出力在160～175 m3/h，高出設(shè)計出力40%～50%，膜通量在123～135 L/（m2·h）之間。采用瀅格公司生產(chǎn)的dizzer@XL0.9MB60型號超濾膜組件，最高膜通量為120 L/（m2·h）。由此可見，超濾運行通量高出膜組件上限。在偏高的膜通量運行條件下，易造成超濾跨膜壓差升高，加速膜污堵并影響出水品質(zhì)。為確保后續(xù)反滲透系統(tǒng)的正常運行，需降低超濾膜出力至設(shè)計值。

5　結(jié)論

（1）根據(jù)膜元件分析結(jié)果，反滲透膜表面無機結(jié)垢現(xiàn)象輕微，有機污堵是造成反滲透膜污堵的主要原因。

（2）通過對電廠運行情況的了解，分析造成膜有機污堵的主要原因為進水有機物含量偏高以及原水殺菌效果差。

（3）采用EDTA堿洗（pH=11）與鹽酸酸洗（pH= 2）相結(jié)合的清洗方案對反滲透系統(tǒng)進行清洗，清洗后回收率恢復(fù)到74%，清洗效果顯著。

（4）通過采取提高反滲透進水殺菌效果，強化混凝澄清設(shè)備的運行性能以及優(yōu)化超濾運行參數(shù)等措施，可提高反滲透系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

Analysis and solutions of reverse osmosis membrane pollution and blockage

Li Yajuan，He Feng，Wang Zhengjiang，Yang Yong，Zhai Shaojing
（Xi'an Thermal Power Research Institute Co.，Ltd.，Xi'an 710032，China）

Problems，such as the increase of operating pressure，the decrease of water output and frequent rinsing operation，etc.occur，during the operation of the reverse osmosis（RO）system in a power plant.The analytical results by using ICP，SEM-EDX and GC-MS for the RO membrane indicate that organic pollution and blockage are the main causes for the breakdown in RO systems.NaOH，EDTA and SDS are used in static washing tests for the RO membrane.The results show that EDTA caustic wash has the best cleaning effect on ROorganic pollution and blocking.After the engineering equipment has been cleaned by a cleaning project of the combination of EDTA caustic wash and acid cleaning，the running pressure and water output of the RO system recover to the initial state basically.In addition，an optimized scheme on the water treatment system is put forward according to actual operation situation.

reverse osmosis；organic pollution and blockage；chemical cleaning

TK223.5

B

1005-829X（2016）02-0103-03

李亞娟（1983—），碩士，工程師。電話：029-82102363，E-mail：liyajuan@tpri.com.cn。

2015-12-08（修改稿）